Le Laboratoire national des accélérateurs du SLAC, exploité par l’Université de Stanford, abrite le plus long accélérateur de particules au monde et le premier laser à électrons libres à rayons X au monde. Le laser à électrons libres aux rayons X fait actuellement l’objet d’une mise à niveau majeure. La semaine dernière, le premier cryomodule qui constituera la mise à niveau est arrivé au SLAC. Le cryomodule aidera à accélérer les électrons à presque la vitesse de la lumière et aidera à amplifier les performances du laser à électrons libres aux rayons X.
Les lasers à électrons libres X (XFEL) sont très différents d’un pointeur laser normal qui émet de la lumière visible. Un laser optique fonctionne typiquement en utilisant la lumière pour induire un milieu de gain pour produire plus de lumière à l’aide de certains miroirs. Cependant, les XFEL fonctionnent via le mouvement des électrons qui émettent des rayons X. Vous pouvez en savoir plus sur le fonctionnement de XFELs dans l’un de mes articles précédents ici.
Le XFEL au SLAC, connu sous le nom de LCLS, s’étend sur 3 miles et contiendra bientôt de nombreux cryomodules de 40 pieds de long qui formeront la base de la mise à niveau de LCLS vers LCLS-II. Les cryomodules sont des sections d’accélérateurs de particules qui contiennent des chaînes de cavités de niobium très, très froides qui fonctionneront à 2 degrés Celsius absolus zéro (-456 degrés Fahrenheit). Les cryomodules seront refroidis avec de l’hélium liquide, fournissant une température similaire à celle de l’espace extra-atmosphérique. À cette basse température, le module deviendra supraconducteur, ce qui signifie que les électrons du système subiront une résistance négligeable et pourront se déplacer plus rapidement. Cela permet aux électrons de se déplacer plus vigoureusement pour produire des rayons X plus lumineux. 37 de ces cryomodules seront utilisés dans LCLS-II où l’on espère que les rayons X qui sont 10 000 fois plus brillants que le LCLS seront produits et les impulsions se produiront un million de fois par seconde. En savoir plus sur l’accélérateur supraconducteur ici.
Le Laboratoire national des accélérateurs de Fermi fournira la moitié des cryomodules et l’installation nationale d’accélération de Thomas Jefferson à Newport News, en Virginie, fournira l’autre moitié. Fermi Lab est situé dans l’Illinois, donc le premier cryomodule qui est arrivé au SLAC par camion la semaine dernière a fait un voyage lourd de l’Illinois à la Californie – essentiellement faire un voyage à travers les États-Unis. Avant que les cryomodules arrivent au SLAC, ils subissent de nombreux contrôles et les tests avant qu’ils ne soient emballés et expédiés par camion. Puisque le SLAC est situé très près de la zone de la baie, les cryomodules sont peints dans une couleur «orange internationale» pour correspondre au Gold Gate Bridge. Les 36 autres cryomodules devraient arriver dans les 18 prochains mois. John Galayda, directeur de projet du SLAC pour le LCLS-II, a déclaré que l’obtention du premier cryomodule devait permettre au SLAC d’obtenir des années d’efforts de la part de grandes équipes d’ingénieurs et de scientifiques aux États-Unis et dans le monde.
Les scientifiques de LCLS-II espèrent examiner des événements chimiques, étudier des molécules biologiques dans des réactions importantes pour la vie et démêler les mystères du monde quantique en prenant des images et des mesures d’atomes et de molécules individuels avec une résolution incomparable. La mise à niveau consistera en des impulsions plus fréquentes, ce qui signifie que plus de données peuvent être collectées en moins de temps. Selon Mike Dunne, directeur de LCLS, « en l’espace de quelques heures seulement, LCLS-II sera capable de produire plus d’impulsions de rayons X que ce que le laser actuel a fourni dans toutes ses opérations à ce jour ». C’est super excitant, alors regardez cet espace, je peux voir beaucoup de données passionnantes à venir de LCLS-II.